大型城市公園海綿建設績效監測研究
——以南京青龍綠帶二期工程為例

文／汪 洋 中建八局第三建設有限公司 項目總工 工程師

盧 漫 河海大學土木與交通學院 副教授（通訊作者）

劉雪涵 河海大學土木與交通學院

許炳剛 中建八局第三建設有限公司 分公司副總工程師

引言

隨著國家級海綿城市試點建設工作的有序推進，我國大批試點海綿城市項目陸續建成。在總結建設成果與經驗的同時，不少試點建設也暴露出了一些問題，如“建”與“管”脫節現象，過于注重前期建設，而忽略后期監測管理與維護。由此可見，通過監測體系對海綿城市建設效果進行評價，可為海綿城市的規劃、設計、建設及時提供數據支撐與反饋，也能夠為海綿城市建設積累基礎數據。

1 研究背景

1.1 海綿城市概念

海綿城市的概念最早源于美國20 世紀70 年代提出的“最佳管理措施”（BMPs），其產生是為了解決非點源污染，而后逐漸發展成控制降雨徑流量與水質的綜合雨洪管理措施。在BMPs基礎上，美國20 世紀末又接連提出“低影響開發（LID）”“綠色基礎設施（GI）”等雨洪管理概念[1]。

結合國內外在城市雨洪管理方面的研究成果，我國在《2012 低碳城市與區域發展科技論壇》中首次提出“海綿城市”的概念；2015 年，國家財政部、住建部和水利部聯合開展海綿城市建設試點工作。目前，海綿城市建設已成為一項國家戰略，我國海綿城市試點建設也取得了一定的成果。

1.2 海綿建設績效監測

隨著國內外海綿技術的廣泛應用，海綿城市建設的績效監測也得到重視。

海綿城市績效監測即通過構建包括雨量、液位、流量、水質（SS）等關鍵評估指標的在線監測網，實現海綿城市建設情況的數據采集、遠程傳輸和擬合評估[2]。依據不同項目背景、不同建設目的，監測指標相應變化，總體而言，我國績效監測主要圍繞水質、水量兩大方面進行[3,4]。

2 海綿績效監測理論發展現狀

2.1 海綿績效評估體系

美國海綿城市的探索起步較早，績效評估體系也較完善。而我國海綿城市建設起步較晚，理論研究基礎較為薄弱，且近幾十年城市化進程暴露出的城市內澇、熱島效應等問題亟待解決，我國住建部分別于2015 年和2018 年頒布《海綿城市建設績效評價與考核辦法（試行）》（以下簡稱為《考核辦法》）、《海綿城市建設評價標準（征求意見稿）》（以下簡稱為《評價標準》），兩者均是在借鑒國際經驗的基礎上進行了本土化改造。

不同發展時期、不同地域的評價標準各異，可從表1 中得出如下結論：

表1 中美海綿績效評價標準（表格來源：作者自繪）

（1）美國自20 世紀起就開始注重雨洪管理，發展至今已經經歷“管渠快速排放-水量排放控制-水量排放與水質凈化并重-多目標控制以恢復自然水文循環”的目標轉變[5]，因此，其評估體系也由LEED-ND 的單純注重環境效益；發展為SITES 開始考慮社會效益；再完善成LPS 對環境、社會、經濟、美學四類績效的綜合評估體系。

（2）與美國長期發展而成的評價體系相比，中國海綿城市績效評估仍處于探索階段。從評價維度來對比，中國指標評估全部集中于環境績效；從評價方式來對比，中國僅具有評價指標，缺乏整體評估體系的建立；從指標選取來對比，中國增加了“內澇防治”“地下水補給”等符合現今國情的約束性指標，將有效推動中國海綿城市建設[6]。

2.2 海綿績效監測指標

由我國現行海綿建設績效評估體系《評價標準》與2015年住建部頒布的《考核辦法》概括分析，可將考核指標主要分為三大類：生態環境效果評價指標、社會經濟效果評價指標、建設過程評價指標。本文只討論海綿建設的生態環境效果，并將其羅列如表2[3,4]。

表2 評估內容與對應監測指標（表格來源：作者自繪）

2.3 海綿績效監測體系

基于以上績效評估系統與監測指標的分析，本文提出了以下海綿建設績效監測系統的技術路線（圖1）。

圖1 海綿績效監測系統技術路線（圖片來源：作者自繪）

依據項目狀況與監測需求確立監測指標，進而構建多尺度、多片區、多方式的監測體系[7]，經過終端數據的整合與采樣化驗分析，可全面評估城市公園海綿建設績效，并反饋用于調整項目的監測需求；終端數據的長期在線監測也可構建預警系統，高效解決問題。

3 海綿績效監測技術

3.1 監測方式

海綿城市建設績效監測體系是以在線監測為主、人工監測為輔的多方式結合體系。在線監測主要包括在線雨量、液位、流量、SS 水質等指標監測，在固定節點布設儀器；人工監測是在降雨過程中，在監測點進行人工采樣，對透明度、DO、氨氮、pH 等水質參數進行化驗分析。

海綿建設的有效性需從整體與局部兩個尺度進行評估，故將監測類別分為整體項目監測、局部監測2大類，局部監測中選取有代表性的片區，如海綿典型設施、管網和匯水末端，如表3 所示。

表3 海綿建設績效監測體系構建（表格來源：作者自繪）

3.2 整體項目監測

整體項目監測主要包含對試點區內的雨量、溫濕度、內澇情況的監測，通過數據分析了解試點區內的氣候條件、內澇改善情況與熱島效應改善情況。

3.2.1 雨量、溫濕度監測

雨量、溫濕度均為長期監測數據，是海綿績效研究的重要本底數據，應選取雨季的降雨場次，需涵蓋最大降雨級別的雨量數據。雨量與溫濕度應持續觀測并記錄。

3.2.2 內澇情況監測及選點

城市內澇是我國海綿建設績效監測的重點內容，依據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006）（2016 年版）[8]，在雨水排水設計重現期，非機動車道、人行道不得有積水現象，易澇點的徑流水深不應大于15cm，且雨后退水時間不應大于30min。

3.3 典型設施監測

依據雨水徑流的匯流過程，如圖2 進行監測布點。

圖2 雨水匯流過程中的監測布點圖（圖片來源：作者自繪）

對于以水量控制為主的設施，主要包括雨水花園、生態樹池、植草溝、植被緩沖帶在內的生物滯留設施、透水鋪裝等，需實時監測流量情況。為測算場次降雨的設施徑流總量控制率、峰值延遲時間和峰值削減率，需要在設施進水口、溢流口以及設施底部盲管排水口處進行流量監測。

對調蓄池、雨水濕地、雨水濕塘等調蓄設施布設在線監測液位儀，實時監控其液位變化，計算其雨水收集量，評估蓄存功能。此外，與設計資料中的調蓄體積相比對，可以在暴雨前提前排空蓄水池，緩解暴雨階段雨水對管網的排放壓力。

SS 水質監測針對具有凈化功能的BMP 設施，其通過沉淀、吸附、過濾作用去除雨水徑流污染物，設施主要包括雨水花園、生態樹池、植草溝、植被緩沖帶等生物滯留設施，下凹式綠地等。可在設施進水口、溢流口布設在線懸浮物監測儀進行SS 水質監測，獲得單場降雨進入和外排的污染負荷，計算單場降雨徑流污染控制量。同時，不同地區的污染物類型不同，可補充增加人工監測，采集樣本化驗以檢測TN、TP、COD等污染物含量。

3.4 管網監測

雨水通過海綿設施過濾、凈化后，先匯集于管網，由排口匯入受納水體。因此，管網監測是檢驗海綿績效的重要一環，可對海綿項目、雨污混流、管網改造的成果進行評估。

在市政排水管道的關鍵節點處，如雨污混接節點、主干管網下游節點等進行液位、流量監測，目的是在雨季實時監測水量情況。

溢流口監測以在線監測為主、人工監測為輔，針對污染物嚴重的地區，進行采樣和化驗。溢流口的人工檢測指標包括pH、COD、氨氮、TN、TP 五大指標。通過對溢流排口進行流量和水質監測，對比其雨季和旱季的溢流口流量和水質數據，可判斷溢流排放口的徑流污染貢獻率和雨污混接情況。同時，針對合流制溢流口，需嚴格監控水質，在非降雨時段不應有污水入河。

3.5 末端監測

降雨徑流通過海綿設施處理，由排水管網匯集最終排入受納水體。末端監測即是對主要受納水體的水量與水質進行監測，以評估整體海綿建設績效。

3.5.1 受納地表水體

地表水監測是城市水體環境質量的重要指標，分為流量和水質檢測。在線監測流量儀和在線懸浮物監測儀的布點位置應能夠掌握項目片區內上游水位、水質情況，反映中游段變化，評估支流流量及水質，并能把控出口段流量和水質情況。

在水質監測方面，除進行SS 監測外，需要對pH、DO、氨氮、透明度等指標進行人工采樣監測，對水體整體的黑臭情況進行定量化反映。

3.5.2 地下水

依據《評價標準》對地下水埋深變化趨勢的要求，海綿建設績效監測應包含地下水液位監測，以評估海綿建設對地下水水位下降的遏制作用。在每個流域分區內布設1個地下水監測固定探井，進行液位在線連續監測。

4 案例分析——南京青龍綠帶二期工程

4.1 項目規劃及區域概況

青龍綠帶二期工程位于南京江北新區中心區的城市景觀帶上，是江北新區中心區重點打造的大型生態景觀工程。項目地塊形狀為蜿蜒帶狀，地勢北高南低，占地面積約62.7 公頃，沿線布置飛龍麗景公園、龍德養生公園、明龍園藝游園、瑞龍郊野公園四個主題公園。片區內水系主要通過泵站匯入外河，最終匯入長江（圖3）。

圖3 青龍綠帶二期工程河道及其水流方向（圖片來源：青龍綠帶二期項目資料）

南京青龍綠帶二期工程的建設目標是開啟一扇代表江北新區低影響開發（LID）的海綿城市建設實效和四新技術應用的亮麗展示窗口。

4.2 海綿城市技術項目監測情況

4.2.1 整體項目監測情況

南京屬亞熱帶季風濕潤氣候區，每年6月下旬至7 月上旬為梅雨季節，年均降水量1106mm[9]。考慮到降雨的隨機性和局部性，采用冗余設置，在青龍綠帶二期的四個工區內分別 布設1 臺雨量計，如圖4 所示。

圖4 分區示意圖（圖片來源：青龍綠帶二期項目資料）

由于項目面積不大，溫濕度監測只需在任一工區布設1 臺溫濕度儀即可。同時，在南京城郊的非工業區布設1 臺溫濕度儀作為對比數據。

青龍綠帶二期工程地勢北高南低，由各點標高推斷出項目易澇點（圖5），觀測人員應在有效降雨場次對易澇點進行實地勘測，并結合監控影像，測算出雨后退水時間和易澇點徑流水深。

圖5 工區易澇點監測（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設計說明）

4.2.2 典型設施監測情況

青龍綠帶二期工程的主要海綿設施如表4所示，依據其功能分別安設監測儀。

表4 青龍綠帶二期工程典型海綿設施監測（表格來源：作者自繪）

4.2.3 管網改造監測情況

圖7 三工區管網監測布點圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設計說明）

青龍綠帶二期工程的排水管網如圖6—圖8所示，本次研究選取雨污混流節點、管廊干線節點與溢流口進行流量監測，管廊支線及其他節點進行液位監測，最終溢流口監測SS 水質，必要時在溢流口進行人工采樣。

圖6 一、二工區管網監測布點圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設計說明）

圖8 四工區管網監測布點圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設計說明）

4.2.4 末端水體監測情況

本項目重新規劃調整了工程范圍內水系，定向河、勝利河、中心河、翡翠河為內河，四機泄洪溝為泄洪通道，珍珠河、七里河為外河，水系主要通過七里河匯入長江。

四機泄洪溝與翡翠河均處于中上游河段，且緊鄰青龍綠帶二期工程，故兩河為重要監測河段，除在線監測外，監測人員應在有效降雨場次進行人工采樣（圖9），檢驗河段透明度、pH、DO 等污染物指標；定向河、中心河與勝利河均為勾連綠帶水系與長江的下游河段，可通過SS 水質與流量監測來全面評估綠帶工程的海綿建設成果。

圖9 末端地表受納水體監測布點圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設計說明）

結語

本文在分析海綿績效評估理論的基礎上，結合南京青龍綠帶二期工程項目特點，選取海綿績效監測指標，進而構建多尺度、多方式的海綿績效監測體系，以期為其他大型城市公園海綿建設績效監測提供參考。但在不同工程中，應多次進行實勘并因地制宜地明確海綿建設目標，從整體項目、典型設施、管網與末端水體四方面組建海綿績效在線監測網絡。